无机材料的结构与性能(李国华)

**章　无机材料基础知识
**节 无机材料及其主要类型 1
一、无机材料定义与分类 1
二、无机材料的主要类型 2
第二节 无机材料的原子及其结构 4
一、原子 4
二、原子结构 5
三、原子中电子的运动和分布 6
第三节 结合键及其相关理论 10
一、离子晶体与静电吸引理论 10
二、共价晶体与价键理论 14
三、配合物与晶体场理论 20
第四节 无机材料结构特征及结构-性能-工艺之间的关系 23
一、结构特征 23
二、结构-性能-工艺之间的关系 23
第五节 无机材料科学与工程 24
一、无机材料科学与工程的含义 24
二、无机材料科学与工程的主要研究对象 24
思考题 25
参考文献 26

第二章　晶体学基础知识
**节 无机物的类型 27
第二节 晶体及其结构 29
第三节 晶体基本性质 38
第四节 晶体的分类 42
思考题 48
参考文献 48

第三章　无机材料的表面结构
**节 固体表面结构 49
第二节 面缺陷 58
第三节 固液界面 58
一、过冷:表面预熔 58
二、过热:界面效应 60
第四节 扩散和晶体生长 61
思考题 66
参考文献 66

第四章　无机材料的晶体结构
**节 紧密堆积 68
第二节 球体周边的空隙结构 69
第三节 配位数与配位多面体 70
第四节 常见晶体结构 73
思考题 80
参考文献 80

第五章　无机材料的化学键结构
**节 化学键类型及主要特征 81
第二节 成键效应与非键类型 82
第三节 化学吸附的成键环境 84
第四节 电负性元素的吸附成键:四面体结构化学键 85
第五节 化学键性与晶格类型 87
一、晶体的键性 87
二、离子的极化 88
三、结晶化学定律 89
四、鲍林法则 89
五、典型无机化合物的晶格结构 91
第六节 表面键弛豫 102
思考题 104
参考文献 104

第六章　无机材料的电子结构
**节 能带结构 106
一、价带态密度特征 106
二、表面势垒与形貌 108
第二节 断键理论 109
一、势垒限域 109
二、原子低配位 110
三、键长与键能弛豫 110
四、鲍林的相关法则 112
五、BOLS的物理意义 112
六、非键电子极化 114
第三节 电子的钉扎与极化 115
一、芯能级偏移 115
二、经典模型 117
三、哈密顿量和能级分裂 118
四、配位数效应解析 120
五、配位数与电子结合能 121
第四节 量子钉扎与极化 126
一、Au和Ag 126
二、Rh和W 128
第五节 带宽和带尾 128
一、带宽:电荷致密化 128
二、带尾与表面态 129
三、GNR的带隙展宽 130
思考题 134
参考文献 134

第七章　纳米材料的结构与性能
**节 纳米材料及其主要效应 136
一、纳米材料与纳米科技 136
二、纳米材料的主要效应 137
第二节 纳米材料面临的冲突与挑战 142
一、与传统概念的冲突 142
二、面临的挑战 144
第三节 纳米材料的化学键结构与性能 147
一、可能的物理机制 148
二、键弛豫(BOLS)表述 149
三、应变诱导的刚度强化 151
四、能量钉扎 151
五、总结 152
第四节 纳米材料的电子结构与性能(形状与尺寸效应) 152
一、核壳模型:表体比 152
二、局域键平均近似 152
三、尺度关系 154
四、总结 155
第五节 纳米固体的电子钉扎与极化 156
一、纳米固体的芯能级偏移 156
二、电亲和势与功函数 161
第六节 量子钉扎的应用与讨论 165
一、钉扎无极化的Co和Pt 165
二、单层石墨和石墨带边界 166
三、总结 168
思考题 169
参考文献 169

第八章　碳材料的结构与性能
**节 金刚石 171
一、概述 171
二、金刚石的分类 173
三、金刚石的化学组成 177
四、金刚石的结构 179
五、金刚石的性质 185
第二节 石墨 187
一、天然石墨的分类 188
二、晶体结构 188
三、石墨的性质 190
第三节 石墨烯 194
一、石墨烯的结构 194
二、石墨烯的基本性能 198
第四节 碳纳米管 204
一、碳纳米管的发现 204
二、碳纳米管的结构 204
三、碳纳米管的基本性质 207
第五节 富勒烯 217
第六节 石墨炔 220
一、石墨炔的分类 220
二、石墨炔的性质 221
第七节 石墨烷 223
第八节 石墨酮 223
思考题 224
参考文献 224

第九章　碳化钨的结构与性能
**节 碳化钨的晶体结构 227
第二节 碳化钨纳米颗粒的结构与电催化性能 228
一、碳化钨纳米颗粒的制备 229
二、碳化钨纳米颗粒的分析与表征 229
三、碳化钨纳米颗粒的电催化性能 231
第三节 火柴棒型碳化钨纳米棒的结构与电催化性能 233
一、火柴棒型碳化钨纳米棒的制备 234
二、火柴棒型碳化钨纳米棒分析与表征 234
三、火柴棒型碳化钨纳米棒的电催化性能 237
第四节 介孔碳化钨纳米片的结构与电催化性能 237
一、介孔碳化钨纳米片的制备 237
二、介孔碳化钨纳米片的分析与表征 238
三、介孔碳化钨纳米片的电催化性能 242
第五节 自支撑介孔碳化钨纳米片
电极的结构与电催化性能 243
一、自支撑介孔碳化钨纳米片电极的制备 243
二、自支撑介孔碳化钨纳米片电极的分析与表征 243
三、自支撑介孔碳化钨纳米片电极的电催化性能 248
第六节 分析与讨论 249
思考题 250
参考文献 250

第十章　二氧化钛的结构与性能
**节 二氧化钛的晶体结构 252
一、二氧化钛的晶体结构特征 252
二、二氧化钛的非晶态 254
三、二氧化钛的表面结构 255
第二节 半导体的能带理论及光催化机理 257
第三节 材料的维度与性质 260
第四节 一维二氧化钛的结构与性能 261
第五节 二维二氧化钛的结构与性能 263
一、二维材料 263
二、二维二氧化钛的结构与性能 265
三、面缺陷的设计与催化性能 266
第六节 特殊结构二氧化钛的结构与性能 267
一、核壳结构 267
二、异质结构 267
三、复杂多级结构 268
思考题 268
参考文献 269